Ctea ̄ Enerqy 第29卷第12期 2013年12月 文章编号:1674—3814(2013)12—0l19—07 电网与清洁能源 Power System and Clean Energy V01.29 No.12 Dec.2013 中图分类号:TM921 文献标志码:A 智能微网中铅酸电池储能系统控制策略 俞斌 ,桑丙玉1,刘欢 ,李官军 ,华光辉1,陶以彬1,苏广宁2 (1.中国电力科学研究院,江苏南京210003;2.上海电力公司,上海200122) Control Strategy of Lead-Acid Batteries Energy Storage System in Smart Microgrid YU Bin ,SANG Bing—yu ,LIU Huan ,LI Guan-jun ,HUA Guang-hui ,TAO Yi—bin ,SU Guang-ning (1.China Electirc Power Research Institute,Nanjing 210003,Jiangsu,China;2.Shanghai Municipal Electirc Power Company, Shanghai 200122,China) ABSTRACT:This paper describes the composition of the lead— acid battery energy storage system,including the lead—acid 挥重要作用,还在微电网中得到广泛应用。在并网 运行时,储能系统主要发挥灵活调节和平滑波动等 功能;在离网运行时,储能系统可作为微电网的主 battery group,the battery management system(BMS)and the power converter system(PCS).The control strategies for the 电源,保持微电网的电压和频率稳定,确保微电网 的稳定运行。目前,储能系统在国内外微电网项目 中得到了广泛应用(如表1所示),提高电网对清洁 能源的接纳能力,支撑电网的安全运行,成为智能 微电网中必不可少的环节。 表1储能系统在国内外微电网中的应用案例 Tab.1 The applications of the energy storage system in the micro-grid at home and abroad grid-connected PQ control,o rid V/F control,smooth switching control and constant voltage float control for the energy storage are studied in the paper.Based on the strategy,a 250 kW/ 800 kW‘h of lead—acid battery energy storage system is developed and used in the smart grid demonstration project in Yangzhou Economic and Technological Development Zon.The test results show that the strategy can satisfy microgrid require— ments and lay a solid oundatfion or flarge capacity storage system ̄ KEY WORDS:smart grid;microgrid;lead—acid battery energy storage;control strategy 示范工程 类型及容麓 量 发电容量 ……’应用效果’ 平滑风光功率输出 的瞬间波动、保证风 村(!本青森县六所3NGK) 池 4 Mw钠硫电5……’’1 Mw风电 一 光长时间的稳定输出 平滑风光瞬间波动. 摘要:介绍了铅酸电池储能系统组成,包括铅酸电池组、电池 管理系统(BMS)和储能变流器(PCS),对铅酸电池储能系统的 并网PQ控制、离网v,F控制、并离网切换控制和恒压浮充控制 等控制策略开展研究,在此基础上研制了250 kW/800 kW・h铅 酸电池储能系统,应用于扬州经济技术开发区智能电网综合 示范项目中,试验证明所采用的控制策略能够满足运行要求。 关键词:智能电网;微电网;铅酸池储能;控制策略 呈 风电项目道札幌44 Mw钒电池 3Mw钒电池 2 Mw风电 已运行27万次 平滑波动、跟踪计划 国家风光储输示20 MW(锂离子100MW风电 发电、削峰填谷、参 范工程(一期) 电池、钒电池)40 MW光电 与系统调频 作为新能源接人和智能电网中的重要环节,储 能技术不仅在发电、输电、变电、配电、用电环节发 本文针对智能微网应用需求,介绍了铅酸电池储 能系统构成,对储能系统在不同工况下的几种控制 策略展开研究,在此基础上研制了250 kW/800 kW・h 铅酸电池储能系统,应用于扬州经济技术开发区智 能电网综合示范工程中,系统运行结果良好,项目 顺利通过验收,证明所采用的控制策略能够满足运 行要求,为铅酸电池储能系统在智能微网的广泛应 基金项目:上海科委攻关项目(1ldz1203000);江苏省科技支 撑计划项目(BE2011011 o Project Supposed by Key Project of the Science and Technology Commission of Shar。ghai Municipality(1 ldz1203000);Science and Technology Suppo ̄Project of Jiangsu Pmvince(BE20l 101 1). 用提供依据。 _Clean Energy 第29卷第12期 电网与清洁能源 1 21 2)离网模式:分布式发电和微网系统不接人电 网运行,此时微网下的要求储能系统需要提供恒电 压和频率支撑,满足微网中设备接入要求,此时储 能系统运行模式为离网模式。 3)并离网切换模式:在并网模式和离网模式 之间还存在一种并离网切换的状态。当微网系统检 测到电网故障或电能质量不满足要求时,系统及 时与电网断开而离网运行,称为并网切离网 模式;当电网故障恢复后,离网运行的微网系统通 过同期装置判断来接入电网运行,称为离网转并网 模式。 4)恒压浮充模式:如图4所示,根据铅酸电池 特性,单体电池达到2.45 V为恒压标志位,此时铅 酸电池进入恒压限流模式,充电电流不断下降,一段 时间后转入浮充模式,浮充电压为2.25 v,浮充电 流应小于0.15C,因此当PCS检测直流电压达到浮充 标志位时将不接受调度功率指令而自动转入恒压 控制。 图4典型铅酸电池充电曲线 Fig.4 Typical lead-acid battery charging curve 2.1 并网模式下控制策略 2.1.1坐标变换 假定电网侧三相电压是对称的,则交流侧三相 电压分别为: lA ll COS 0 l IJ= Icos(O-2'rr/3)j (1) 【 J 【cos(0+2 ̄/3)J 将d-q坐标系d轴定向在电网电压上,控制系统 坐标系如图5所示。 交流三相电压从ABC坐标系到 坐标系的变 换如下: [三 -1/2一-1/2 2 [ ㈥ cos 0 sin ̄]Iu o] ㈦ ]_ J参 善 毒 [cos cos (O-2 ̄r /3) -did,., t + (8) 出uq=Ri 也 上 l (9) j 溺 口—一Clean Energy 第29卷第12期 电网与清洁能源 1 23 开关跳开信号或远程离网调度指令后,储能系统经 几个周波的调节后迅速转换为离网模式运行。在切 换过程中,光伏逆变器继续默认为并网发电运行。 当电网恢复供电时,合上Kl,微网系统按照并 网控制策略进行离网转并网,为保证负荷在微网 运行工况切换时不问断供电,需要进行无缝切换 控制。 如图9所示,微网监控装置给PCS与并网同期装 置下发并网指令,并网同期装置收到并网指令后, 给Pcs当前电压频率信号u 和 ,当PCS收到并网指 令和 和 指令时,自动进行v,f调节,电压调节为 , 频率指令为 一0.1 Hz。此时微电网电压与配电网电 压幅值一致,频率比配电网频率低0.1 Hz,同期装置 对两端电压进行判断,当两者之间差值满足并网条 件时,并网开关合闸,同时并网开关辅助节点给储 能控制器发出已合闸信号,储能系统转入并网待 机,等待监控发出功率指令。在切换过程中,光伏变 流器保持不问断运行。 图9 I司期并网控制框图 Fig.9 OtTgrid switch to on-grid control principle diagram 2.4恒压浮充模式下控制策略 此时控制策略为恒压控制,如图l0所示,外环 采用直流电压PI调节,维持电池电压的恒定。电压给 定值为储能电池允许的电压值,电压实际值由测量 元件直接测得直流母线电压。直流电压外环调节经 过电流限幅后,输出量作为电流内环有功电流的给 定值。 ” 图l0恒压控制框图 Fig.10 Constant voltage control principle diagram 3储能系统在微网中的应用 3.1 扬州开发区智能电网示范项目简介 扬州智能电网综合示范项目位于扬州经济开 发区,是继上海世博园、中新天津生态城之后建成 的国内规模最大、覆盖面最广的智能电网综合示范 项目。储能系统从属于扬州智能电网示范工程中子 项目。根据扬州经济技术开发区内现有资源条件,建 设一个包含1.1 MW光伏发电和250 kW/800 kW・h储 能系统,具有微性的运行示范工程,如图ll所 示。该项目实现了分布式光伏发电和储能系统友好 接入电网,为微网安全、稳定、经济运行提供了重要 依据。 3.2储能在微网中的试验运行 在上述微网示范工程投运中,对储能系统控制 策略进行了试验验证,结果如下。 如图l2所示,储能系统以额定功率250 kW并网 充电时交流电流曲线( 轴为录波前后1O ms波形,J, 轴为采样点,30个采样点表示1 A,曲线1、2、3分别 代表A相、B相和c相,下图同上)。由图中可以看出, 电流波形较好,电能质量满足设计标准,额定放电 曲线与充电曲线基本一致,不再复述。 图l3为储能系统离网下电流波形,由于离网下 单相负载的存在,离网下三相电流幅值是不平衡的。 图14为并网切离网时的电流波形,从图中可以 看出切换时有两个周波的调节过程后迅速调节为 正常的离网模式,切换过程中保证微网系统负载不 掉电。 图15为PCS转入恒压控制时直流侧电压,可以 看出恒压控制时直流侧电压波形较好,满足电池恒 压浮充要求。 第29卷第12期 电网与清洁能源 1 25 4结论 本文描述了铅酸电池储能系统组成,研究了铅 酸电池储能系统并MPQ控制,离网v/啦制、并离网 切换控制和恒压浮充控制策略,在此基础上研制了 250 kW/800 kW・h铅酸电池储能系统,应用于分布 式发电和微网示范工程,对研究的储能系统控策略 进行了试验验证,试验结果表明本文的控制策略满 足铅酸电池储能系统在微网中各种工况运行要求, 为储能系统在微网中的广泛应用提供依据。 参考文献 …1 王成山,肖朝霞,王守相.微网综合控制与分析【JI.电力 系统自动化,2008,32(7):98—103. 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MAO Hang—yin,LU Bing,ZHANG Lei.Research on application of eneryg storage technology in wind power[J]. Eneryg Engineering,2012(6):45—48(in Chinese). 收稿日期:2013—05—03。 作者简介: 俞斌(1984一),男,工程师,主要从事先进储能技术的 研究。 (编辑徐花荣)